La présente invention concerne le domaine des installations de fourniture d'eau chaude sanitaire (ECS) dans un bâtiment.

De très nombreux dispositifs de production d'eau chaude sanitaire existent déjà.

Les dispositifs de production instantanée associent généralement un tuyau à l'intérieur duquel circule l'eau sanitaire à réchauffer avec un brûleur à gaz ou à fioul. Les dispositifs par accumulation associent quant à eux un ballon d'eau chaude sanitaire et une boucle de recharge incluant un échangeur de chaleur afin d'assurer le chauffage de l'eau contenue dans ledit ballon.

La distance existant entre le ballon de stockage d'eau chaude sanitaire ou plus généralement le dispositif de production de cette eau chaude sanitaire et les points de soutirage d'eau chaude, peut être importante dans un logement individuel, voire même très importante dans un logement de type collectif. L'utilisateur doit ainsi attendre plusieurs secondes voire parfois plusieurs minutes avant que l'eau chaude n'arrive au point de soutirage.

En effet, en cas de soutirages espacés dans le temps, par exemple entre deux soutirages réalisés le soir et le matin, la veine d'eau présente dans la canalisation reliant le dispositif de production d'eau chaude sanitaire au point de soutirage a eu le temps de refroidir.

Il s'ensuit donc :

- un gaspillage d'eau non négligeable, puisque l'utilisateur va laisser couler l'eau jusqu'à ce qu'il obtienne de l'eau chaude,

- un temps d'attente qui peut être relativement long pour l'utilisateur, et

- un gaspillage d'énergie, puisque la veine d'eau résiduelle présente dans la canalisation reliant le point de production au point de soutirage, et qui était initialement chaude à l'issue d'un premier soutirage, se refroidit sans être utilisée.

L'invention a donc pour but de résoudre ces inconvénients de l'état de la technique.

Par ailleurs, le secteur du bâtiment connaît une évolution importante en France, depuis l'application de la nouvelle réglementation technique du bâtiment pour les constructions neuves, (connue sous la dénomination RT 2012), cette réglementation devant également prochainement être adaptée à la rénovation. La tendance va donc vers une augmentation du niveau d'isolation des bâtiments neufs et rénovés. Or, il s'avère que des bâtiments mieux isolés sont fortement sensibles aux apports solaires et internes, ce qui risque d'entraîner des variations rapides et importantes de la température intérieure du bâtiment et de générer de l'inconfort pour ses occupants. Il est donc essentiel que les émetteurs de chauffage et/ou de climatisation soient des systèmes très réactifs, ce qui est le cas des systèmes de chauffage à vecteur "air", à l'inverse des systèmes de chauffage à vecteur "eau", comme un plancher chauffant par exemple. En conséquence, les systèmes à air sont vraisemblablement amenés à se développer davantage dans les années à venir. Toutefois, lorsqu'ils sont de type centralisé, il n'est pas possible de les utiliser pour chauffer les pièces humides d'une habitation (salle de bain, cuisine, etc), car ils risqueraient alors de perturber la pression dans la pièce et donc la ventilation, sans compter le risque d'insuffler de l'air chaud en face de la bouche d'extraction de la ventilation.

L'utilisation d'un convecteur électrique pour chauffer les pièces humides offre actuellement une solution peu coûteuse à l'investissement, mais qui laisse à désirer quant à l'efficacité énergétique. Par ailleurs, cette solution franco-française peut être amenée à disparaître si les directives européennes en termes d'efficacité énergétique venaient à être plus contraignantes et si le prix de l'énergie électrique venait à augmenter fortement. Une autre solution pourrait être de chauffer les pièces humides à partir d'une pompe à chaleur air/eau dédiée uniquement à cela (le reste du bâtiment étant chauffé par le vecteur Air) mais les pertes thermiques en lignes ainsi que le coût d'investissement de cette solution seraient considérables.

Cette problématique qui est déjà importante pour une maison individuelle, l'est plus encore pour un immeuble collectif ou un hôtel.

L'invention a donc également pour objectif de permettre le chauffage des pièces humides, tout en limitant simultanément les déperditions d'énergie pour la fourniture de l'eau chaude sanitaire.

Enfin, on connaît déjà d'après le document DE 1454520 une installation comprenant un dispositif de production d'eau chaude sanitaire raccordé à une boucle de chauffage, des radiateurs montés sur cette boucle et des points de soutirage d'eau chaude prévus également sur cette boucle de chauffage. Cette installation est en outre munie d'une boucle de recirculation reliant la canalisation retour à la canalisation aller via une vanne à trois voies. Cette dernière est placée sur la canalisation aller et est commandée par un thermostat mesurant la température à l'extérieur du bâtiment équipé de l'installation.

Cette installation permet d 'adapter au mieux la chaleur fournie par les radiateurs en fonction des conditions climatiques extérieures, mais ne permet pas d 'éviter, par exemple, la destratification du ballon de stockage du dispositif de production d'eau chaude.

A cet effet, l'invention concerne une installation de fourniture d'eau chaude sanitaire dans un bâtiment, comprenant un dispositif de production d'eau chaude sanitaire, raccordé à une boucle de chauffage à l'intérieur de laquelle circule l'eau chaude sanitaire produite par ledit dispositif, cette boucle de chauffage assurant l'alimentation en eau chaude d 'au moins un émetteur de chaleur, ladite installation comprenant également au moins un point de soutirage d 'eau chaude sanitaire, le point de piquage de la canalisation assurant l'alimentation du ou des point(s) de soutirage d'eau chaude étant situé sur la dite boucle de chauffage entre le dispositif de production d'eau chaude sanitaire et l'émetteur de chaleur.

Conformément à l'invention, cette installation comprend une vanne à trois voies disposée sur la canalisation retour de la boucle de chauffage, en aval du ou des émetteur(s) de chaleur et en amont du dispositif de production d'eau chaude sanitaire, elle comprend également une canalisation de recirculation de l'eau chaude sanitaire, qui relie l'une des sorties de ladite vanne à trois voies à un point de piquage situé sur la canalisation aller de la boucle de chauffage, en aval du dispositif de production d'eau chaude sanitaire et en amont du ou des émetteur(s) de chaleur et la vanne à trois voies (60) est pilotée par un capteur de température (71 ) mesurant la température de l'eau chaude sanitaire dans la boucle de chauffage (5), en aval de l'émetteur de chaleur (52) et en amont de cette vanne à trois voies (60).

Ainsi, lorsque le ou les émetteurs de chauffage sont sollicités, la mutualisation de la canalisation d 'arrivée d'eau chaude pour le chauffage et l'ECS permet d 'économiser de l'eau et de l'énergie.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou en combinaison : - le point de piquage de la canalisation est positionné de façon que la longueur de la canalisation entre le point de soutirage et ce point de piquage soit la plus faible possible,

- la longueur de la canalisation entre le point de piquage et le point de soutirage est inférieure à la longueur de la canalisation entre le dispositif de production d'eau chaude sanitaire et le point de soutirage,

- le ou les point(s) de soutirage et au moins l' un des émetteurs de chaleur sont situés dans la même pièce du bâtiment,

- le dispositif de production d 'eau chaude sanitaire est un dispositif de production instantanée qui comprend une source d'apport thermique assurant le chauffage de l'eau sanitaire circulant dans ladite boucle de chauffage,

- le dispositif de production d 'eau chaude sanitaire comprend un ballon de stockage de cette eau chaude sanitaire et une source d 'apport thermique assurant le chauffage de l'eau contenue dans ledit ballon,

- ladite source d 'apport thermique est alimentée par une énergie choisie parmi le gaz, le fioul, l'électricité ou le solaire,

- la boucle de chauffage est équipée d'un clapet anti-thermosiphon disposé sur la canalisation de recirculation,

- la boucle de chauffage comprend une pompe de circulation,

- la vanne à trois voies est située en aval de la pompe de circulation,

- la boucle de chauffage est équipée d 'un clapet anti-thermosiphon disposé entre la pompe de circulation et la vanne à trois voies,

- la mise en service de la pompe de circulation de la boucle de chauffage est pilotée par un capteur de température placé dans la pièce où se trouve l'émetteur de chaleur,

- l'émetteur de chaleur est un échangeur eau/air ou eau/eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux figures annexées, qui représentent, à titre indicatif mais non limitatif, différents modes de réalisation possibles.

Sur ces dessins :

- la figure 1 est un schéma représentant un premier mode de réalisation de l'installation de fourniture d'eau chaude sanitaire conforme à l'invention, - les figures 2 et 3 sont des schémas représentant des variantes de réalisation de cette installation.

Sur la figure 1 , on peut voir un dispositif 1 de production d'eau chaude sanitaire et au moins un point de soutirage d'eau chaude, ici au nombre de deux, référencés 3 et 3'.

Dans le mode de réalisation représenté sur cette figure, ce dispositif 1 comprend un ballon d'eau chaude sanitaire 10, une boucle de recharge 20 et une source d'apport thermique 2 assurant le chauffage de l'eau contenue dans ce ballon.

Cette source d'apport thermique 2 peut par exemple être une pompe à chaleur (PAC) dont le condenseur 21 est disposé à l'intérieur du ballon 10.

Le ballon d'eau chaude 10 est une cuve, de préférence thermiquement isolée, qui possède une entrée 1 1 située à sa partie basse et reliée à une arrivée d'eau.

Le dispositif 1 pourrait également être un dispositif de production instantanée d'eau chaude. Dans ce cas, il n'y a pas de ballon d'eau chaude sanitaire 10 mais toujours une source d'apport thermique 2.

L'installation comprend également une boucle de chauffage 5, à l'intérieur de laquelle circule de l'eau chaude sanitaire et non plus de l'eau technique comme il est d'usage de le faire dans l'état de la technique.

Cette boucle de chauffage 5 est reliée directement à la source d'apport thermique 2, dans le cas d'un dispositif de production instantanée d'eau chaude, ou bien communique directement avec le volume interne du ballon d'eau chaude sanitaire 10, dans le cas d'un dispositif à accumulation.

D'une manière générale, quel que soit le type de dispositif 1 de production d'eau chaude sanitaire, la source d'apport thermique 2 est alimentée par une énergie telle que, par exemple, gaz, fioul, électricité, solaire. A titre d'exemples non limitatifs, on citera une résistance électrique, une pompe à chaleur, une installation solaire, une chaudière à gaz ou à fioul.

La boucle de chauffage 5 comprend une canalisation aller 50 comportant un point de piquage 51 en partie haute du ballon 10, de façon à assurer l'alimentation de cette boucle en eau chaude sanitaire, à une température d'environ 55 ° C par exemple. La boucle de chauffage 5 comprend également un émetteur de chaleur 52, alimenté depuis la canalisation aller 50, et une pompe 53 qui assure la circulation de l'eau chaude sanitaire dans cette boucle de chauffage 5.

La pompe 53 pourrait également être prévue en amont de l'émetteur 52.

L'émetteur de chaleur 52 est un émetteur eau/air, par exemple un radiateur classique ou un radiateur sèche-serviettes. Il pourrait également s'agir d'un émetteur eau/eau.

Comme cela est représenté sur le schéma simplifié de la figure 3, la boucle de chauffage 5 peut également comprendre plusieurs émetteurs de chaleur 52, de préférence montés en parallèle.

Le retour de l'eau refroidie sortant de la boucle de chauffage 5 à une température d'environ 25°C par exemple, se fait par un point de piquage 54 situé en partie basse du ballon 10.

La canalisation retour reliant l'émetteur 52 au point de piquage 54 est référencée 55.

Un capteur de température, non représenté sur la figure, est placé à l'intérieur du ballon d'eau chaude sanitaire 10, à un niveau inférieur ou égal au point de piquage 51 d'alimentation de la boucle de chauffage 5, de façon à donner une information sur la quantité d'eau chaude encore disponible dans ce ballon. En fonction de cette valeur, la source d'apport thermique 2 peut être mise en route ou arrêtée. Pour ce faire, le capteur de température envoie l'information à une unité centrale 8 qui commande ensuite le fonctionnement de la source d'apport thermique 2.

Dans le cas où le dispositif de production d'eau chaude sanitaire 1 comprend un ballon 10 de stockage, il convient de s'assurer qu'il n'y a pas de déstratification thermique de l'eau dans le ballon, par un retour d'eau trop chaude en partie basse de celui-ci. Pour ce faire, on prévoit une boucle de recirculation 6 de l'eau chaude sanitaire, contournant le ballon 10.

II existe également d'autres cas de figure où, même sans ballon de stockage 10, il peut être intéressant d'avoir une boucle de recirculation 6. C'est le cas par exemple lorsque le dispositif 1 est une chaudière à condensation.

Cette boucle de recirculation 6 comprend une vanne à trois voies 60, montée sur la canalisation retour 55, en aval de la pompe 53, de façon que son entrée reçoive l'eau chaude sanitaire sortant de cette pompe 53 et de l'émetteur de chaleur 52. L'une des sorties de la vanne 60 est par ailleurs reliée à une canalisation de recirculation 61 qui débouche sur la canalisation aller 50, au niveau d'un point de piquage 62 situé en aval du point de piquage 51 et en amont de l'émetteur de chaleur 52.

La vanne à trois voies 60 est pilotée par l'unité centrale 8, sur la base d'une consigne de température mesurée par un capteur de température 71. Ce dernier permet de mesurer la température dans la canalisation de retour 55 immédiatement en amont de la vanne à trois voies 60 et en aval de l'émetteur de chaleur 52.

Lorsque la température mesurée par le capteur 71 est inférieure à une valeur de consigne (par exemple 35° C), la vanne à trois voies 60 est pilotée de façon à mettre en communication la sortie de la pompe 53 avec le point d'entrée 54 du ballon d'eau chaude sanitaire 10. Inversement, lorsque la température mesurée par le capteur de température 71 est supérieure à cette valeur de consigne, la vanne à trois voies 60 est pilotée pour mettre en communication la sortie de la pompe 53 avec la canalisation 61 , ce qui permet de renvoyer l'eau chaude dans la boucle de chauffage 5, en direction de l'émetteur de chaleur 52.

On notera par ailleurs que l'ensemble des éléments de la boucle de chauffage 5, c'est-à-dire la canalisation aller 50, la canalisation retour 55, l'émetteur de chaleur 52, la pompe 53 et la vanne à trois voies 60, ainsi que la canalisation 61 de la boucle de recirculation 6, sont adaptés aux contraintes de l'eau sanitaire. En d'autres termes, ces éléments sont réalisés dans des matériaux qui ne souffrent pas de la corrosion, comme par exemple, de l'inox ou du cuivre et la pompe est compatible avec les contraintes d'un réseau d'ECS.

L'installation conforme à l'invention comprend également un ou plusieurs points de soutirage d'eau chaude, par exemple comme représenté sur la figure, une pomme de douche 3 ou un robinet 3' destinés à alimenter une baignoire.

Une canalisation 30 assure l'alimentation du point de soutirage 3 et une canalisation 30', celle du point de soutirage 3'.

Par ailleurs, une arrivée d'eau froide 4 permet d'alimenter en eau froide, les points de soutirage 3 et 3'.

Les canalisations 30, 30' sont reliées à un point de piquage 31 positionné sur la boucle de chauffage 5, plus précisément sur la canalisation aller 50 entre le ballon d'eau chaude sanitaire 10 et l'émetteur de chaleur 52. Comme la boucle de chauffage 5 est alimentée en eau chaude sanitaire, on comprend aisément que cela revient à déplacer virtuellement le ballon d'eau chaude 10 au niveau de ce point de piquage 31.

La distance entre les points de soutrage 3, 3' et le point où est prélevée l'eau chaude s'en trouve ainsi considérablement raccourcie par rapport à la solution de l'état de la technique qui consistait à prélever l'eau chaude au niveau du ballon 10 (ou du dispositif de production instantanée d'eau chaude).

De préférence, on veillera également à positionner le point de piquage 31 , de façon que la longueur L1 de la canalisation 30 ou 30' entre le point de soutirage 3 ou 3' et ce point de piquage 31 soit la plus faible possible. Ce cas est représenté par exemple sur le schéma simplifié de la figure 2. On voit qu'il serait moins judicieux de disposer le point de piquage 31 à côté de l'entrée de l'émetteur 52, car on perdrait alors le bénéfice du fait de rapprocher le point de soutirage 3 ou 3' d'un point d'amenée d'eau chaude sanitaire.

De préférence également, la longueur L1 de la canalisation entre le point de soutirage (par exemple le point 3 sur la figure) et le point de piquage 31 est inférieure à la longueur totale L2 de la canalisation entre le point de soutirage 3 et le ballon 10, ou le moyen de production d'eau chaude 1 , de préférence encore beaucoup plus faible que celle-ci.

II en résulte une économie d'eau et d'énergie et une diminution du temps d'attente pour avoir de l'eau chaude, puisque l'utilisateur ne laissera couler que la veine d'eau présente entre les points 3, 3' et le point 31 et qui s'est refroidie entre deux puisages espacés dans le temps.

De façon avantageuse, au moins l'un des émetteurs de chaleur 52 est disposé dans la même pièce P du bâtiment que les points de soutirage d'eau chaude 3, 3'.

Dans l'exemple représenté sur la figure 1 , la pièce P, délimitée par la cloison C, est une salle de bain. La pièce P est d'ailleurs de préférence une pièce humide.

Ainsi, on économise davantage d'eau et d'énergie.

Par ailleurs, on notera que lorsqu'il n'y a pas de soutirage d'eau chaude sanitaire, l'énergie utilisée pour chauffer cette eau n'est pas gaspillée puisqu'elle permet de chauffer la pièce P, via l'émetteur de chaleur 52.

De façon avantageuse, on prévoit dans la pièce P où se trouve l'émetteur de chaleur 52 et les points de soutirage 3 et 3', un capteur de température 72 qui permet de relever la température à l'intérieur de cette pièce P. Ce capteur 72 est relié à l'unité centrale 8.

Les besoins de chauffage de la pièce humide P, notamment lorsqu'il s'agit d'une salle de bain, sont généralement concomitants avec le soutirage d'eau chaude sanitaire. Grâce à l'unité centrale 8, il est ainsi possible de programmer le fonctionnement de la boucle de chauffage 5, de la vanne trois voies 60, de la pompe 53 et de la source d'apport thermique 2, de façon à préchauffer l'air de la salle de bain, avant l'heure où l'utilisateur souhaite prendre sa douche. Le chauffage pourra ainsi être mis en route par exemple deux heures avant l'heure à laquelle on prévoit de réaliser le puisage d'eau chaude sanitaire.

Le confort de l'utilisateur augmente, puisqu'il pénètre à la fois dans une pièce P chauffée et qu'il a peu de temps à attendre avant d'obtenir de l'eau chaude aux points de soutirage 3 ou 3'.

De préférence et comme représenté sur les figures 1 et 3, on prévoit un dispositif, tel qu'un clapet anti-thermosiphon 63 par exemple, entre la pompe 53 et la vanne trois voies 60 ou le long de la canalisation de recirculation 61 . Ainsi, en été ou à la mi-saison, c'est-à-dire pendant la période pendant laquelle on ne souhaite pas chauffer, il suffit de fermer ce clapet 63 et de stopper la pompe 53 pour que l'eau chaude sanitaire ne circule plus qu'entre le ballon 10 et les points de soutirage 3 et 3'. Ce clapet anti-thermosiphon 63 est également adapté aux contraintes d'un réseau ECS.

De façon avantageuse et comme représenté sur la figure 3, on prévoit généralement, en parallèle d'un émetteur de chaleur 52, une canalisation 56 équipée d'une vanne 57 et par ailleurs, des robinets thermostatiques 58 sur chaque émetteur 52.

En mi-saison par exemple, les robinets thermostatiques 58 sont fermés, la vanne 57 est ouverte et le capteur de température 71 peut mesurer la température en vue de faire fonctionner à nouveau le système de production d'eau chaude qui est souvent régulé sur une température de retour d'eau.

Par ailleurs, on notera qu'il est possible de prévoir une pompe 53, une vanne à trois voies 60 et un clapet anti-thermosiphon 63 pour l'ensemble des émetteurs 52 (voir figure 3) ou au contraire pour chacun d'entre eux.

Des calculs ont été effectués afin d'estimer l'économie d'énergie réalisée avec l'installation conforme à l'invention, par rapport à une installation dans laquelle le point de piquage 31 serait situé directement sur le ballon d'eau chaude sanitaire 10 ou sur le centre de production d'eau chaude sanitaire, comme cela est le cas dans l'état de la technique.

Ces résultats sont donnés à titre purement illustratif.

Les hypothèses de calcul énergétique sont les suivantes :

- Diamètre externe du réseau d'ECS : 12 mm

- Température d'ECS : 55 °C

- Température d'ambiance dans la pièce P : 20 °C

- Capacité thermique massique de l'eau : 4185 J/kg.K

- Nombre de soutirages espacés dans la journée : 2

- Consommation d'ECS journalière à 55° C d'un individu : 39 litres

- Constante de refroidissement des ballons des Chauffe-eau

thermodynamiques standards : 0,21 Wh/litre/K.jour

- T° moyenne du ballon sur la journée : 38 °C

- Volume du ballon : 200 litres

- Pertes statiques journalières d'un ballon ECS classique : 756 Whef/jour

- Débit de soutirage pour une douche ou un bain : 600 litres/h

- Section des conduites d'ECS : 11 ,31.10-5 m2

- Vitesse de l'eau dans les conduites d'ECS : 1 ,5 m/s

Deux hypothèses d'installations ont été envisagées. Dans l'hypothèse 1 (ci-après H1 ), la longueur totale de la canalisation d'eau chaude sanitaire entre le point de production d'eau chaude sanitaire et le point de soutirage est de 20 mètres. Dans une seconde hypothèse (ci-après H2), cette longueur est de 55 mètres. Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau ci- après.

Hl H2

Durée d'attente avant l'arrivée d'eau chaude [s] 13,6 37,3

Nombre de soutirage espacé par jour 2 2

Volume d'eau économisé/soutirage [litres ou kg] 2,3 6,2

Volume d'eau économisé/jour [litres ou kg] 4,5 12,4

% volume d'ECS économisée/ jour 11,6% 31,9%

Energie économisée entièrement à 1 soutirage [Wh] 92,0 253,1

Energie économisée entièrement par jour [Wh] 184,1 506,2

% Energie économisé/pertes statiques d'un ballon classique

de 200 litres 24,3% 67,0% On constate donc que l'économie d'énergie est importante, même si la distance entre le point de production d'eau chaude et le point de soutirage est relativement faible (dans l'hypothèse H1 : 20 mètres), ce qui correspond à la situation existante dans de nombreux bâtiments.